高速钢多组分合金碳化物回火粗化行为原子尺度研究

项目名称： 高速钢多组分合金碳化物回火粗化行为原子尺度研究

项目编号： No.51301038

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 一般工业技术

项目作者： 周雪峰

作者单位： 东南大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 高速钢是机械加工制造业的基础原材料之一，但因合金碳化物粗化产生的红硬性不足问题，限制了其在高温切削场合下的应用。非碳化物形成元素（Co、Al）可改善高速钢红硬性，然而其作用机理尚不明晰。 本课题拟采用场离子显微镜、三维原子探针、高分辨透射电镜、穆斯堡尔谱等手段，研究Co、Al对高速钢回火过程微观组织演变特别是合金碳化物M2C和MC粗化行为的影响；研究非碳化物形成元素Co、Al和碳化物形成元素W、Mo、Cr、V在铁素体、M2C、MC中的分配情况，分析Co、Al对碳化物形成元素相分配的影响，获得多组分合金碳化物M2C和MC的原子组成；根据碳化物原子组成，结合第一性原理计算，研究M2C和MC（M=W, Mo, Cr, V, Fe）的稳定性，探讨多组分合金碳化物的粗化机制，阐明非碳化物形成元素在碳化物析出过程中的作用机理，以期为优化高速钢成分设计、开发高温性能优异的高速钢提供理论支撑。

中文关键词： 高速钢；合金碳化物；粗化；稳定性；第一性原理

英文摘要： High speed steels are widely used in making high-speed cutting tools. However, they are limited in high temperature working conditions due to the lower red-hardness, caused by the coarsening of alloying carbides. Non-carbide forming elements, such as cobalt and aluminum, can improve the red-hardness of high speed steel, but the mechnism has not been clarified yet. In the present work, the effect of Co and Al on the coarsening behavior of M2C and MC carbides has been investigated by field ion microscope, three-dimensional atom probe, high resolution transmission electron microscope, mossbauer spectroscopy.We study the phase partitioning of non-carbide forming elements (Co and Al) and carbide forming elements (W, Mo, Cr, V, Fe), and the influence of Co and Al on the phase partitioning of alloying elements among ferrite, M2C and MC, and examine the atom percentages of M2C and MC alloying carbides. According to the compostions of carbides, we study the stability of M2C and MC (M=W, Mo, Cr, V, Fe) and the coarsening mechanism of multicomponent alloying carbides. The role of non-carbide forming elements in the precipitation of carbides has been clarified.The present work is aimed to provide theories for optimizing the compositions of high speed steels with excellent high-temperature performance.

英文关键词： high speed steel；alloying carbide；coarsening；stability；first principle theory